Introducere
Comportamentul reologic al topiturilor polimerice constituie baza proceselor de turnare și prelucrare. Cu ajutorul unui reometru capilar, se pot analiza variațiile de vâscozitate ale topiturii polimerice la diferite temperaturi și viteze de forfecare, iar comportamentul de prelucrare al polimerilor poate fi prevăzut în mod eficient, oferind astfel o bază științifică solidă pentru prelucrarea și controlul calității materialelor polimerice.
De obicei, proprietățile reologice ale materialelor polimerice sunt testate folosind un sistem cu un singur cilindru, ceea ce necesită mult timp pentru testarea diverselor tipuri sau loturi de probe de polimeri în condiții diferite. Prin urmare, pentru a îmbunătăți eficiența testării, o metodă dovedită constă în utilizarea unui reometru capilar cu două cilindri pentru a testa simultan două probe, ceea ce poate reduce în mod eficient timpul de așteptare necesar pentru stabilizarea temperaturii între teste. În această lucrare, fezabilitatea testului cu două cilindri a fost analizată prin efectuarea unei serii de teste pe polietilenă (PE) și polipropilenă (PP) folosind reometrul capilar cu două cilindri Rosand RH10 de la NETZSCH (Figura 1).
Condiții de măsurare și metodă de testare
Condițiile de măsurare sunt detaliate în Tabelul 1. După instalarea matrițelor sub cilindrii stâng și drept și stabilizarea temperaturii la 200 ± 0,1 °C, particulele de PE sau PP au fost adăugate treptat, pe rând, în cilindrii stâng și drept, comprimate la 1 MPa și apoi preîncălzite la o temperatură constantă timp de 8 minute. Măsurarea a început după această etapă de comprimare.
Tabelul 1: Condiții de măsurare
| Instrument | NETZSCH Rosand RH10 |
| Eșantioane | PE, PP |
Presiune transductor | 10.000 psi și 5.000 psi |
| Specificații matriță | L = 16 mm, D = 1 mm |
| Temperatura de testare | 200 °C |
| Intervalul vitezei de forfecare | 10 ~ 10 000 s⁻¹ |
Rezultatele măsurătorilor și discuții
Figura 2 prezintă curbele de vâscozitate la forfecare ale aceluiași material PE testat la 200 °C și la viteze de rotație cuprinse între 10 și 10.000 s⁻¹, utilizând un sistem cu două cilindri, în care cilindrii din stânga și din dreapta au fost folosiți împreună cu o matriță cu un raport lungime/diametru (L/D) de 16/1, și traductoare de presiune de 10.000 psi și, respectiv, 5.000 psi.
Datele de testare și valorile abaterilor sunt prezentate în Tabelul 2. După cum se poate observa în Figura 2, curbele de vâscozitate la forfecare măsurate cu cilindrii din stânga și din dreapta prezintă o repetabilitate foarte bună. În plus, așa cum se arată în Tabelul 2, abaterile valorilor vâscozității la forfecare obținute la viteze de forfecare diferite sunt mai mici de 1%. Prin urmare, se pot obține rezultate precise prin efectuarea testelor atât cu cilindrul din stânga, cât și cu cel din dreapta.
Tabelul 2: Date de testare și abaterea PE în cilindrii din stânga și din dreapta la 200 °C
| Viteza de forfecare (s⁻¹) | Vâscozitatea la forfecare (Pa·s) | Valoarea medie (Pa·s) | Abatere (%) | |
| Cilindru stâng | Butoiul din dreapta | |||
| 10 | 2259,40 | 2241,22 | 2250,31 | 0,40 |
| 21,5 | 1583,38 | 1558,92 | 1571,15 | 0,78 |
| 46,42 | 1079,93 | 1059,68 | 1069,81 | 0,95 |
| 100 | 727,73 | 716,45 | 722,09 | 0,78 |
| 215,32 | 493,07 | 492,14 | 492,61 | 0,09 |
| 464,63 | 308,37 | 305,36 | 306,86 | 0,49 |
| 999,96 | 188,81 | 189,83 | 189,32 | -0,27 |
| 2155,44 | 114,09 | 114,57 | 114,33 | -0,21 |
| 4642,62 | 68,74 | 68,74 | 68,74 | 0,01 |
| 10001,14 | 41,09 | 40,92 | 41,01 | 0,20 |
Figura 3 prezintă curbele vâscozității aparente la forfecare pentru PE (cilindru stâng, negru) și PP (cilindru drept, roșu), testate cu sistemul cu două cilindri la 200 °C și 50 ~ 3000 s⁻¹, unde cilindrii din stânga și din dreapta au fost utilizați împreună cu matrița cu un raport L/D de 16/1 și traductoare de presiune de 10 000 psi și, respectiv, 5 000 psi. După cum se poate observa în Figura 3, vâscozitatea la forfecare a PP este semnificativ mai mică decât cea a materialului PE la aceeași viteză de forfecare. Prin urmare, testul cu cilindru dublu nu numai că permite obținerea simultană a datelor privind vâscozitatea la forfecare a celor două materiale, ci și compararea intuitivă a vâscozităților celor două materiale imediat după test.
Vâscozitatea la forfecare este o proprietate a materialului care descrie cât de puternic rezistă un fluid la deformare sub acțiunea forfecării.
Vâscozitatea aparentă la forfecare este valoarea vâscozității observată sau calculată la o viteză de forfecare specifică, în special pentru fluidele a căror vâscozitate se modifică în funcție de condițiile de curgere.
Reometrul capilar Rosand cu dublu canal permite corectarea comportamentului Non-NewtonianUn fluid non-newtonian este un fluid care prezintă o vâscozitate care variază în funcție de rata de forfecare sau de tensiunea de forfecare aplicată.non-newtonian și a efectelor de intrare pentru determinarea directă a vâscozității la forfecare.
Concluzie
În cadrul acestei lucrări, proprietățile reologice ale materialelor PE și PP au fost testate în condiții diferite, utilizând echipamentul Rosand RH10 de la NETZSCH. Pentru același material, se pot obține rezultate de testare foarte precise, indiferent dacă se utilizează cilindrul din stânga sau cel din dreapta. Atunci când se testează materiale diferite folosind sistemul cu două cilindri, nu numai că se poate îmbunătăți eficiența testării și se poate reduce efectiv durata acesteia, dar se poate realiza și o comparație foarte intuitivă a rezultatelor la finalul testului.